YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
PLASTİK HATA ANALİZİ ve ÇÖZÜMLERİ
Makine Müh. Emre ÇELİKKOL
FBE Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Konstrüksiyon Programında Hazırlanan
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Muharrem BOĞOÇLU
İSTANBUL, 2008
İÇİNDEKİLER
Sayfa
SİMGE LİSTESİ ...vii
ŞEKİL LİSTESİ ...viii
ÇİZELGE LİSTESİ... xiv
KISALTMA LİSESİ ... xv
ÖNSÖZ ... xvi
ÖZET ...xvii
ABSTRACT...xviii
1. GİRİŞ ... 1
2. ÜRÜN VE KALIP ... 3
2.1. Kalıpta Çekme... 3
2.2. Dahili Gerilim ve Eğilme... 5
2.3. Parça Kalınlığı... 6
2.4. Parça Eğimi ve Eğim Açısı... 8
2.5. Kaburga/Feder ( Rib) ... 8
2.6. Boslar (Bosses)... 9
2.7. Kaynak İzi (Weld Line) ... 10
2.8. Hava Boşlukları (Air Traps)... 11
2.9. Yüzeysel İşlemler... 12
3. KALIP TASARIM KRİTERLERİ... 13
3.1. Kalıp Terminolojisi ... 13
3.1.1. Kalıp Göz Sayısı ... 13
3.1.2. Erkek Kalıp... 13
3.1.3. Kalıp Boşluğu... 13
3.1.4. Kalıbın Ayırım Çizgisini Belirleme... 14
3.1.5. Havalandırma ... 15
3.1.6. İticiler... 16
3.1.7. Arka Plaka ... 17
3.1.8. Yolluk Burcu ... 18
3.1.9. Sabitleme Halkası ... 18
3.1.10. Kalıptaki Parçaların Yerleştirilmesi... 18
3. 2. Kalıp Tipleri ... 18
3.3. Doğru Kalıbın Seçimi ... 20
4. İKİ PLAKALI KALIP ... 21
4.1. Parça Yapımı ... 21
5.1. Donarak Akma Karakteristiği (Freeze Flow Characteristics) ... 25
5.1.1. Yolluk Etkinliklerinin Hesabı ... 27
5.2. Yolluk Şekli... 29
5.3. Yolluk Giriş Pozisyonu ve Dizaynı ... 30
5.4. Yolluk Giriş Tipleri (Gate) ... 31
5.5. Kenar Yolluk Girişi (Edge gate) ... 31
5.6. Fan Yolluk Girişi (Gate, Kapı)... 33
5.7. Diyafram Kapı ( Diaphragm Gate, Yolluk Girişi) ... 33
5. 8. Halka Kapı... 34
5. 9. Yolluk Kapı ... 35
5. 10. Tünel veya Dalgıç Kapı... 35
5. 11. İğne Yolluk... 36
5. 12. Kulaklı Kapı (Tab Gate) ... 37
6. KALIP SOĞUTMA ... 38
6. 1. Tek Parçalı Kalıp Plakasını Soğutma ... 39
6. 1. 1. Tek Parçalı Dişi Kalıp Plakasının Soğutulması ... 39
6. 1. 2. Erkek plaka soğutma sistemi... 49
6.2. Soğutma lokması sistemi... 53
6.2.1. Kalıp soğutma plakası... 53
6. 2.2. Kalıbın dişi lokmasını soğutma... 54
6. 3. 3. Erkek lokma soğutma ... 58
6. 4. Diğer Kalıp parçalarının soğutulması ... 64
6.4.1. Diğer kalıp plakaları ... 64
6.4.2. Valf tipi iticiyi soğutma... 65
6. 5. O-ring (Keçeler) ... 66
7. İTİCİLER... 72
7. 1. İtici Sistemi Seçimi ... 72
7. 2. İtme Metotları... 74
7. 2. 1. Pimler ve Bıçaklar (Blades) ... 74
7. 2. 2. İtici Bilezik ... 75
7. 2. 3. Valf Başlıklı İticiler ... 76
7. 2. 4. Sıyırma Halkalı ve Plakalı İtici ... 77
7. 2. 5. Havalı İtici... 77
8. YOLLUKSUZ KALIP (SICAK YOLLUK) ... 79
8. 1. Sıcak Yollukların Avantajları... 79
8. 2. Sıcak Yolluk Sistemleri ... 80
8. 3. Harici (Dışarıdan) Isıtılmış Sıcak Manifoldlu Kalıp ... 80
8. 4. Dahili Isıtılmış Manifold Kalıp ... 82
8. 5. İzolasyonlu Sıcak Yolluk Kalıp ... 85
9. MAÇALI (UNDERCUT) KALIP ... 87
9. 1. Maçanın Geri Çekilmesi (Core Pulling) ... 87
9. 2. Maça Çalışma Metotları (core pulling actuation methods) ... 87
9. 2. 1. Hareketli Maça Çalışma ... 87
9.2.2. Hareket Kaybetmiş Maça Pimi (Lost actian cam pin)... 90
9.2.3. Hareketli Kenarlar (Action wedges) ... 90
9.2.5. Pnömatikle Çalışan Maça ... 94
9.2.6. Elektro-Mekanik Hareketli Maça... 94
10. STANDART KALIP PARÇALARI... 96
10.1. Standart Kalıp Parçası Kullanım Avantajları ... 96
10.2. Standart Parçalar ve Bunların Montajı... 97
10.3. Yardımcı Parçalar ... 98
10.3.1. Soğutucu Parçaları ... 98
10.3.2. İtici Parçalar ...100
10.3.3. Kalıp Besleme Sistemi...100
10.3.4. Maça Sistemi...101
11. KALIP MALZEMESİ SEÇİMİ ...102
11.1. Kalıp Üretiminde Kullanılacak Malzemelerde Aranan Özellikler ...102
11.2. Kalıp Yapımındaki Malzemeler...103
11.2.1. Demirli Kalıp Malzemeleri ...103
11.2.2. Alaşımlı Çelikler...103
11.2.3. Genel Kullanımlı Kalıp Çeliği ...104
12. ENJEKSİYON MAKİNESİNİN KALIP DİZAYNINA ETKİLERİ ...105
12.1. Makina Fonksiyonu ...105
12.1.1. Makine Gövdesi ...105
12.1.2. Enjeksiyon Ünitesi...106
13. ENJEKSİYONDA TEMEL BİLGİLER...107
13.1. Plastiğin İsimlendirilmesi...107
13.2. Plastik Kısaltmalar ...108
13.2.1 Diğer İsimleri ...108
13.2.2. Plastik Satıcıları ...108
13.2.3. Ticari İsim ve Markalar ...108
13.3. Plastik Malzemenin Yapısı...109
13.3.1. Akışkanlığı Kolaylaştırma...109
13.3.2. Çekme (Shrinkage) ...110
13.3.3. Plastiğin Dayanıklı Olduğu Maddeler ...111
13.3.4. Plastiğin Dayanıklı Olmadığı Maddeler...112
13.3.5. Plastiklerin Tanımlanması...112
13.3.6. Plastiği Boyama (Renklendirme) ...112
13.4. Enjeksiyonla Kalıplamada Önemli Kavramlar ...114
13.4.1. Kalıp ve Yolluk Girişi (Gate)...114
13.4.2. Yolluğun Baskı Duvar Kalınlığına Oranı...115
13.4.3. Parçanın Kalıpta İzdüşüm Alanı ...116
13.4.4. Baskı Ağırlığına Göre Vida Strokunun Hesaplanması...117
13.4.5. Programlanmış Enjeksiyon Basıncı ...117
13.4.8. Plastiğin Nem Alması ve Kurutulması ...118
13.4.9. Makineye Beslenecek Plastik Miktarının Hesaplanması ...119
13.4.10. Baskı Kirlenmesi...119
13.4.11. Silindir ...120
13.4.12. Vida Yastığı (Screw Cushion) ...120
13.4.13. Baskı (Shot) Kapasitesi ...121
13.4.14. Erime Sıcaklığı...121
13.4.15. Plastiğin Ocakta Kalma Süresi...122
13.4.16. Sıcaklık Ayarı...122
13.4.17. Enjeksiyon Hızı...123
13.4.18. Enjeksiyon Basıncı ...124
13.4.19. Vida Dönme Hızı ...125
13.4.20. Ütüleme Basıncı (Arka Basıncı) ...125
13.4.21. Makineyi Kapatma...126
13.5. Enjeksiyon Baskısının Temel Prensipleri...127
13.6. Makine Ayar Operasyonu...130
13.6.1. Enjeksiyon Ünitesinin Ayarı ...131
13.6.2. Makine Kontrolünün Ayarlanması ...132
13.6.3. Enjeksiyon İşlemine Başlama ...132
14. PLASTİK ÜRÜN TASARIM İLKELERİ ...133
14.1. Çözülebilen Bağlantılar ...133
14.1.1.Boss 133 14.1.2. Snap (Lock Arm) ...135
14.2. Çözülemeyen Bağlantılar ...138
14.2.1 Ultrasonik kaynak ...138
14.2.1.1 Ultrasonik Yöntemle Plastiklerin Kaynağı ...143
14.2.2.Dağlama...161
14.2.3. Yapıştırma ...161
14.3 Destek Elemanları ...161
14.3.1 Bayrak Ribler ...161
14.3.2. Destek Ribleri (Gussets)...162
14.3.3 Yuvarlak Ribler...163
14.4 Genel Prensipler ...164
14.4.1 Parça çıkış (Draft) Açısı ...164
14.4.2 Living Hinges...164
14.4.3 Kesit Değişimi ve Duvar Kalınlığı ...167
15. SIK KULLANILAN MÜHENDİSLİK PLASTİKLERİNİN ÖZELLİKLERİ...177
15.1. Akrilonitril Bütadien Stiren ( ABS) ...177
15.2. Naylon 6 (PA 6) ...183
15.3. Naylon 66 (PA 66) ...186
15.4. Naylon 11 VE 12 (PA 11 VE PA 12) ...190
15.5. Polikarbonat (PC)...194
15.6. Poliasetal (POM, POM-K, POM-H)...197
15.7. Kristal Polistiren (PS) ...204
15.9. Stiren/Akrionitril Kopolimer (SAN)...206
15.10. Alçak Yoğunluklu Polietilen (AYPE) ...206
15.11. Polipropilen (PP)...208
15.12. Polimetilmetakrilat (PMMA) ...210
16. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ...213
16.1. Deney 1 ...213
16.1.1 Heat&Cool Enjeksiyon Prosesi...213
16.1.2. Deneyin Yapılışı ...214
16.1.2.1. Moldflow Analiz Sonuçları...214
16.1.3 Parçada Görülen Hatalar...228
16.1.3.1. Kaynak çizgisi (Weld line) oluşması...228
16.1.3.2. Hava boşluğu (Air traps) oluşması ...231
16.1.3.3. Çökme (Sink marks) oluşumu...233
16.1.3.4. Çarpılma (Warp) oluşumu...237
16.2. Deney 2 ...238
16.2.1. Kaynak Çizgisi (Weld line) oluşumu ...238
16.2.2. Hare oluşumu ...240
16.2.3 Parçanın mukavemetinin artırılması ...242
17. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME ...244
17.1. Deney 1 ...244
17.1.1 Kaynak çizgisi (Weld Line) oluşması...244
17.1.2. . Hava boşluğu (Air traps) oluşması ...244
17.1.3. . Çökme (Sink marks) oluşumu...244
17.1.4 . Çarpılma (Warp) oluşumu...244
17.2. Deney 2 ...245
17.2.1 Kaynak çizgisi (Weld Line) oluşması...245
17.2.2 Hare oluşumu ...245
17.2.3 Parçanın mukavemetinin artırılması ...245
18. GENEL SONUÇ ve ÖNERİLER...246
KAYNAKLAR ...247
ÖZGEÇMİŞ ...249
SİMGE LİSTESİ
D O-ringin iç çapı Dm O-ringin ortalama çap D O-ringin kesit çapı W Kanal genişliği t Kanal derinliği T Plastik et kalınlığı
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa Şekil 2.1 Kalın parçanın soğutulması esnasında çekmenin gösterilişi a) Soğutma sonrası çökme,
b) Soğutma sonrası boşluk görüntüsü... 4
Şekil 2.2. Malzemenin kalıp içerisindeki akış yönüne bağlı olarak çekme miktarı gösterilmektedir. (Shoemaker, 2006) ... 4
Şekil 2.3. Malzemenin, kalıbın homojen şekilde doldurması için parçaya et kalınlığı ilavesi yapılacak yerlerin görüntüsü. [2] ... 6
Şekil 2.4’de Feder dizayn gösterilişi... 7
Şekil 2.5 de malzemenin akış esnasında geçtiği dar kesit gösterilmiştir. ... 7
Şekil 2.6.a) da Parçaya kalıp çıkma açısı verilmediği takdirde b) Parçaya kalıp çıkma açısı verildiği takdirde kalıptan çıkış kolaylığı görüntüsü yer almaktadır. (Shoemaker, 2006)... 8
Şekil 2.7. Malzemede bulunan riblerde parçanın enjeksiyonu esnasında yolluk yerine göre doldurma probleminin yaşandığı vurgulanmıştır. a) Yolluk federe paralel b) Yolluk federe dik [2] ... 9
Şekil 2.8. Plastik malzemenin kalıp içersindeki akışı esnasında oluşan donmuş tabaka ve akış bölgesi gösterilmiştir. ... 10
Şekil 2.9 a) Malzemenin akış diyagramında kaynak çizgisi oluşumu gösterilmektedir. b) Malzemenin akışı esnasında donmuş tabakanın birleştirilmesi gösterilmiştir. [2]11 Şekil 2.10. Analiz sonuçlarıyla malzemenin akış esnasında hava boşluk oluşumu gösterilmektedir. (Shoemaker, 2006) ... 12
Şekil 3.1 Temel kalıp elemanları gösterilmiştir. (Beaumont ve Sherman, 2002) ... 14
Şekil 3.2 Kalıp ayırım çizgisine örnekler; gösterilmektedir. (Osswald ve Gramann, 2007).... 15
Şekil 3.3 Havalandırma kanal geometrisi gösterilmektedir... 16
Şekil 3.4 Kalıp dizaynına göre kalıp ayırım çizgisinin pozisyonu gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998)... 19
Şekil 3.5 Resimde sıcak yolluk sistemine örnek gösterilmiştir. [2] ... 20
Şekil 4.1. İki plakalı kalıbın elemanları gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998)... 21
Şekil 4.2. Erkek ve dişi kısmın kalıpta yerleştirilmesine örnekler gösterilmektedir. (Bryce, 1998) ... 22
Şekil 5.l. Temel kalıp besleme sisteminin bölümleri gösterilmiştir... 26
Şekil 5.2. Yolluk giriş geometrileri gösterilmiştir. [1]... 26
Şekil 5.3. En çok kullanılan yolluk çeşitleri gösterilmiştir. a) yuvarlak b) trapazoidal c) yarım daire d) altıgen ... 28
Şekil 5.4. Çeşitli yolluk tiplerinin plastik akışındaki etkinliği gösterilmektedir... 28
Şekil 5.5. Yolluk eğimlerinin etkin uzunlukları. D'nin R=1/3 ile 1/2 si için etkin uzunluk L. Keskin köşeler için etkin uzunluk 25L. Eğik geçişli köşeler için etkin uzunluk 2.5L ... 29
Şekil 5.6. a)Balanslı ve b) balansız yolluk şekilleri gösterilmektedir... 29
Şekil 5.7. Direk yolluk girişine örnek gösterilmektedir. (Gerdeen, Lord, Rorrer ve Ronald, 2005) ... 32
Şekil 5.8. Yolluk kesiti gösterilmiştir. ... 32
Şekil 5. 9 Tipik fan yolluk girişi... 33
Şekil 5.10. Diyafram kapı yolluk giriş şekli gösterilmiştir. (Olmsted ve Davis, 2001)... 34
Şekil 5.10 Tünel kapı yolluk girişi gösterilmektedir. (Malloy, 1994)... 36
Şekil 5.11. İğne yolluk girişine örnek gösterilmiştir... 37
Şekil 5.12 Kulaklı kapı (Tab kapı) yolluk girişine örnek gösterilmiştir. ... 37
Şekil 6.1. Dişi kalıp soğutma şekli (en basit metot) gösterilmiştir. (Olmsted ve Davis, 2001)40 Şekil 6.2. Dişi kalıp soğutma şekli (U devresi) gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998) 40 Şekil 6.3 U devresi birbirleriyle bağlantılı frezelenmiş kanal sistemi gösterilmektedir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998)... 40
Şekil 6.4 U devresi birbirleriyle bağlantılı frezelenmiş kanal sistemi gösterilmektedir. (Osswald ve Gramann, 2007) ... 41
Şekil 6.5 Tek parçalı plakanın dikdörtgen su devresi gösterilmiştir. (Beaumont ve Sherman, 2002)... 41
Şekil 6.6. Tek parçalı plakanın Z su devresi gösterilmiştir. (Beaumont ve Sherman, 2002) ... 42
Şekil 6.7 a) Balanslı Z devresi b) Şematik devre c) Alternatif balanslı Z devresi gösterilmektedir. (Olmsted ve Davis, 2001) ... 43
Şekil 6.8 Su devresi tıkaçları a) Doğru takılmış b)Yanlış takılmış gösterilmektedir... 43
Şekil 6.9 DMS Basınçla genişleyen tıkaç sistemi gösterilmiştir. (Chanda ve Roy, 1998)... 44
Şekil 6.10 Hasconun tıkaç sistemi gösterilmiştir. (Chanda ve Roy, 1998) ... 45
Şekil 6.11 DME tıkaç montajı gösterilmiştir. (Chanda ve Roy, 1998)... 45
Şekil 6.12. Çok katlı soğutma sistemi (kalıp plakasında) gösterilmiştir... 47
Şekil 6.13 Kalıp boşluğu düz soğutma, çok seviyeli sistem a) Ayrı su devresi b) Kısmi bağlantılı su devreleri gösterilmiştir. ... 47
Şekil 6.14 Soğutma plakası sistemi gösterilmiştir... 48
Şekil 6.15 Soğutma plakası için frezelenmiş soğutma kanalı şekli gösterilmiştir. ... 49
Şekil 6.16 Erkek kalıp soğutma açılı delik (kanal) sistemi gösterilmiştir. ... 50
Şekil 6.17 Erkek kalıp soğutma sistemi tıkaçlı (baffle) düz kanal gösterilmiştir. (Beaumont ve Sherman, 2002) ... 51
Şekil 6.18 Erkek lokma soğutma, basamaklı devre gösterilmektedir. ... 52
Şekil 6.19 Çoklu devre a) Açılı kanal sistemi b) su engelli (baffleli) kanal sistemi c) basamaklı su devresi gösterilmiştir. ... 52
Şekil 6.20 Kalıp soğutma plakası ile soğutma, Z su devresi gösterilmiştir... 53
Şekil 6.21 Dikdörtgen kalıp plakası soğutma devresi gösterilmiştir... 54
Şekil 6.22 Lokma soğutma a) U su devresi (b-d) alternatif metotlar gösterilmiştir. (Olmsted ve Davis, 2001) ... 55
Şekil 6.23 Lokma soğutma, bakır boru sistemi gösterilmektedir. (Osswald ve Gramann, 2007)56 Şekil 6.24 Lokma soğutma, yuvarlak soğutma metodu gösterilmiştir... 57
Şekil 6.25 Lokmalar hat halinde düzenlendiğinde, bir delik her lokmanın dıştan bağlantısını sağlar... 58
Şekil 6.26 Lokma soğutma, soğutma kolu metodu gösterilmiştir... 58
Şekil 6.27. Sığ lokma soğutma, yuvarlak kanal dizaynı gösterilmiştir. (Olmsted ve Davis, 2001) ... 59
Şekil 6.28. Sığ lokma soğutma, dikdörtgen freze kanalı dizaynı gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998)... 60
Şekil 6.29. Erkek lokmaya takılmış soğutma dizaynı 3 helis kanal sistemi gösterilmiştir... 61
Şekil 6.30 Erkek lokma soğutma baffli delik sistemi a) Üstten görünüş b) Yandan görünüş c) Alttan görünüş d) Şematik devre e) Üst görünüş gösterilmektedir. (Olmsted ve Davis, 2001) ... 62
Şekil 6.31. Ufak lokmaların soğutulması için tıkaçlı soğutma sistemi gösterilmiştir. (Beaumont ve Sherman, 2002) ... 63
Şekil 6.32. Ufak lokmalar için bubbler sistemi gösterilmiştir... 64
Şekil 6.33. Valf itici elemanını soğutma: bubbler itici gösterilmektedir. (Stoeckhert ve Mennig,
1998)... 65
Şekil 6.34. Valf itici elemanlarını soğutma: Valf başlığındaki soğutma devresi dizaynı gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998) ... 65
Şekil 6.35 Valf itici elemanlarını soğutma: Valf başlığındaki soğutma devresi dizaynı gösterilmiştir. ... 66
Şekil 6.36. Düz yüzeyler için O-ring takılma detayları gösterilmiştir. ... 67
Şekil 6.37 Eğimli yüzeylerin sızdırmazlığı için o-ring takma detayları gösterilmiştir. ... 68
Şekil 6.38. Et kalınlığının sabit tutulmasına örnek verilmiştir... 69
Şekil 6.39. Kesin köşelerden kaçınmak için yapılan uygulamalara örnekler gösterilmiştir... 70
Şekil 6.40 Feder ile parçaya mukavemet kazandırmak (Doğru feder dizaynı ile yüzeydeki çökmeler engellenir ve parçanın mukavemeti arttırılır.) için yapılan örnekler gösterilmiştir. ... 71
Şekil 7.1 İtici pim tipleri gösterilmiştir... 74
Şekil 7.2 Pim ve bıçakların pozisyonu gösterilmiştir... 75
Şekil 7.3 Standart boru formatları gösterilmektedir... 75
Şekil 7.4 İtici boru pozisyonları gösterilmektedir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998) ... 76
Şekil 7.5 Standart valf başlıklı itici format ve takılma metotları gösterilmektedir... 77
Şekil 7.6 Hava destekli karışık itici metodu gösterilmektedir. (Osswald ve Gramann, 2007). 78 Şekil 8.1. Tipik bir manifoldlu sıcak yolluk gösterilmiştir. [2]... 79
Şekil 8.2 Tipik harici ısıtılmış sıcak monifold kalıp gösterilmektedir. (Olmsted ve Davis, 2001) ... 81
Şekil 8.3 Tipik dahili ısıtılmış manifoldlu kalıp gösterilmiştir. ... 84
Şekil 8.4 Tipik izolasyonlu sıcak yolluklu kalıp gösterilmiştir. (Osswald ve Gramann, 2007)86 Şekil 9.1. Tipik maçalı baskılardan özellikler gösterilmiştir... 88
Şekil 9.2. Cam pin hareket gösterilmiştir. (Beaumont ve Sherman, 2002) ... 89
Şekil 9.3 Tipik yandan hareketli kalıp emniyet devresi gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998)... 90
Şekil 9.4 Köpek ayağı maça pimi gösterilmiştir. ... 91
Şekil 9.5 Kenar hareket tekniği gösterilmiştir. (Osswald ve Gramann, 2007)... 91
Şekil 9.6 Hidrolikle çalışan maça sistemi gösterilmiştir... 93
Şekil 9.7 Elektrikli vida açma Mekanizması (maçası) gösterilmiştir. ... 95
Şekil 10.1 Kalıp yapım süresi % olarak gösterilmiştir. a) Standart olmayan parçalardan yapılan kalıp yapım süresi b) Hazır standart parça ile yapılan kalıp üretim süresi(Beaumont ve Sherman, 2002)... 96
Şekil 10.2 Standart kalıp plakaları gösterilmiştir. ... 97
Şekil 10.3 Soğutma pimli soğutma gösterilmiştir. ... 99
Şekil 10.4 Su tıkaçlarının kullanılışı gösterilmektedir... 99
Şekil 10.5 Standart itici pim gösterilmiştir. ...100
Şekil 10.6 Başlıklı yolluk burcunun kullanılmasına örnekler gösterilmiştir(Stoeckhert ve Mennig, 1998)...101
Şeki1 12.1 Enjeksiyon makinasının genel görünüşü gösterilmiştir. ...106
Şekil 14.1 Tipik bir boss gösterilmiştir. (Campbell, 1996) ...133
Şekil 14.2 Çökmeyi önlemek için boss şeklinde yapılan değişiklikler gösterilmiştir. (Campo, 2006)...134 Şekil 14.3 Bossun dibine verilen radyüsün gerilmeye etkisi gösterilmiştir. (Fischer, 2003) .134
Şekil 14.6 a) Tek yönlü snap fit b) Çift yölü snap fit gösterilmiştir. (Rotheise, 2004)...136
Şekil 14.7 Maksimum eğilme gösterilmiştir. (Rotheise, 2004)...137
Şekil 14.8 Trapez kollar için K sabit eğrisi gösterilmiştir. ...137
Şekil 14.9. Şematik olarak ultrasonik kaynak makinası gösterilmiştir...138
Şekil 14. 10 Butt joint dizayn tipleri gösterilmektedir. (Tres, 2006) ...140
Şekil 14.11 Çeşitli butt joint tiplergösterilmiştir. a) flat step b) double step c) flush step d) double flush step...141
Şekil 14.12 Shear joint tasarımına örnek gösterilmiştir. (Rotheise, 2004) ...141
Şekil 14.13. Farklı malzemelerin birbirleriyle olan kaynak uyumu gösterilmiştir. X:Uyumlu malzemeler O:Bazı durumlarda uyumlu (genelde karışımlar) (Malloy, 1994)143 Şekil 14.14 Ultrasonik yöntemle kaynak yapma esasları gösterilmiştir. ...146
Şekil 14.15 Ultrasonik kaynak cihazının elemanları gösterilmiştir. ...148
Şekil 14.16 Düz alın tipi birleştirme ve doğan problemler gösterilmiştir...149
Şekil 14.17. Sivri uçlu ve kalın cidarlı parçalarda doğan problemler gösterilmiştir...149
Şekil 15.18. Enerji yollukları gösterilmiştir. a) Amorf reçine için b) Yarı kristalin reçine için151 Şekil 15.19. Düz alın tipi birleştirme için enerji yolluğu gösterilmiştir. (Fischer, 2003)...151
Şekil 15.20. Enerji yolluğunun sıcaklık ve kaynak süresine etkisi gösterilmiştir...153
Şekil 15.22. Basamak tipli birleştirmeye örnek gösterilmiştir. (Campbell, 1996)...154
Şekil 15.23.'de bu tip bir birleştirme için tavsiye edilen diğer boyutlar görülmektedir. (Campbell, 1996)...155
Şekil 14.24. Makaslama tipli birleştirmeye örnek gösterilmiştir. ...156
Şekil 14.25. a) Yakın alan ve b) Uzak alan kaynakları gösterilmiştir...157
Şekil 14.26. a) Horn, temas yüzeyine paralel değil, fakat birleşme tek bir düzlemde b) Birleşme yüzeyi horn teas yüzeyine paralel, fakat tek bir düzlem üzerinde değil...158
Şekil 14.27 a) Horn temas yüzeyi tek bir düzlemde fakat birleşme ara yüzeyi paralel değilb)Horn temas yüzeyi birleşme ara yüzeyine paralel fakat birleşme tek bir düzlem üzerinde değil. ...159
Şekil 14.28. Dağlama yapılacak parça örneği gösterilmektedir. ...161
Şekil 14.29. Tavsiye edilen bayrak dizayn boyutları gösterilmiştir...162
Şekil 14.30. Tavsiye edilen destek rib boyutları gösterilmiştir...163
Şekil 14.31. Yuvarlak tipe örnek gösterilmiştir...163
Şekil 14.32. Draft açısı parça üzerinde gösterilmektedir. (Rotheise, 2004) ...164
Şekil 14.33. Living Hingers tasarımına örnek gösterilmiştir. (Malloy, 1994) ...165
Şekil 14.33. PP ve PE için Living Hinger boyutları gösterilmiştir. ...165
Şekil 14.34. Hatalı yapılmış Living Hinge tasarımı gösterilmiştir. ...166
Şekil 14.35 Doğru yapılmış Living Hinge tasarımı gösterilmiştir. ...166
Şekil 14.36. Et incelmesine örnekler gösterilmiştir. ...168
Şekil 14.37. Plastik molekül zinciri gösterilmiştir. ...169
Şekil 14.38. Moleküller arası oluşan kross linkler gösterilmiştir...169
Şekil 14.39. Kristalin yapıların moleküler yapıları gösterilmiştir. a) Erimiş b) Katı...170
Şekil 14.40. Amorf polimerler için molekül zincirleri şekildeki gibidir. a) Erimiş b) Katı ...170
Şekil 14.41. Likit kristaller için moleküler zincir gösterilmiştir. a) Sıvı b) Katı ...171
Şekil 14.42. Homoplymer için moleküler zincir yandaki gibidir...171
Şekil 14.43. Coplymer için moleküler zincir yandaki gibidir. ...171
Şekil 14.44 Malzemelerin elastiklik ve plastiklik özellikleri gösterilmiştir. ...174
Şekil 14.45. Sert (Tough) ve Gevrek (Brittle) malzemelerin gerilme diyagramları verilmiştir.175 Şekil 14.46. Gerilme üzerinde çentik hassasiyeti gösterilmiştir...175
Şekil 16.1 Akış esnasında kaynak çizgisinin oluşması gösterilmiştir...214
Şekil 16.2. 230.338 adet üçgen piramitten oluşan meshlenmiş model resmi gösterilmiştir...215
Şekil 16.3. Kalıbın hammaddeyle dolma süresi gösterilmiştir. Dolma süresi malzemenin
enjeksiyonu sırasındaki hız ve basınç değişimini etkiler. ...215
Şekil 16.4. Dolma esnasında akışın önündeki malzeme sıcaklığını gösterir. Malzemenin ön akış sıcaklığı bize gerekli basınç ve sıkıştırmanın sağlamayacağı ve böylece renk skalasında aşağı doğru inildikçe parçada çökmenin, kaynak çizgilerinin ve deformasyonların olabileceği bölgeleri gösterir. ...216
Şekil 16.5. Enjeksiyon noktasındaki basıncın zaman göre değişim grafiği gösterilmiştir. ....216
Şekil 16.6. Dolum sırasındaki hacimsel çekme yüzde olarak gösterilmiştir. ...217
Şekil 16.7. Donma süresi gösterilmiştir. Donma süresi skalası bize soğumanın geç olduğu bölgeleri bundan kaynaklanacak deformasyonları gösterir...217
Şekil 16.8. Akış sırasında oluşacak hava boşluklarını göstermektedir. ...218
Şekil 16.9. Malzemenin akış sırasındaki ortalama hızı ve buna bağlı olarak moleküllerin yönlenme vektörleri gösterilmektedir...218
Şekil 16.10. Kilitleme kuvveti merkezi gösterilmiştir. ...219
Şekil 16.11. Kilitleme kuvvetinin zamana göre değişimini göstermektedir...219
Şekil 16.12. Dolum sonundaki basınç değerleri gösterilmiştir...220
Şekil 16.13. Kayma oranı gösterilmiştir. ...220
Şekil 16.14. Malzemede çökmeye maruz kalacak bölgeler gösterilmiştir...221
Şekil 16.15. Hacimsel çekme oranı (%) gösterilmiştir. ...221
Şekil 16.16. Kaynak çizgilerinin oluşabileceği bölgeler gösterilmiştir. ...222
Şekil 16.17. Kalıp konstrüksiyonuna göre tasarlanmış ve analiz programında simüle edilmiş soğutma kanalları gösterilmiştir. (Suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları diyagramda belirtilmiştir) ...223
Şekil 16.18. Soğutma kanallarının en çok ısıya maruz kalan bölgeleri gösterilmektedir...223
Şekil 16.19. Soğutma kanallarına göre malzemenin sıcaklık diyagramı gösterilmiştir...224
Şekil 16.20. Parçanın soğutma kanallarına bağlı olarak donma süresi gösterilmiştir...224
Şekil 16.21. Parçanın soğutma kanallarına bağlı maksimum sıcaklık diyagramı gösterilmiştir.225 Şekil 16.22. Parçanın soğutma kanallarına bağlı ortalama sıcaklık diyagramı gösterilmiştir.225 Şekil 16.23. Parça üzerindeki maksimum sıcaklıkla minimum sıcaklığın 1-0 arası gösterilmesi. ...226
Şekil 16.24. Parça üzerinde gerçekleşebilecek deformasyonlar gösterilmiştir...226
Şekil 16.25. Parçada X ekseninde meydana gelebilecek çekme miktarları gösterilmiştir...227
Şekil 16.26. Parçada Y ekseninde meydana gelebilecek çekme miktarları gösterilmiştir...227
Şekil 16.27. Parçada Z ekseninde meydana gelebilecek çekme miktarları gösterilmiştir...228
Şekil 16.28. Yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelen kaynak çizgisi gösterilmiştir....229
Şekil 16.29. Şekil 16.12 deki analiz sonucunda belirtilen kaynak çizgisinin yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelmiş kaynak çizgisi ile karşılaştırılması gösterilmiştir.229 Şekil 16.30. Kaynak çizgisinin etkisini azaltmak için erkek çeliğe uygulanmış lokma izleri gösterilmiştir. ...230
Şekil 16.31. Erkek çeliğin lokmalara ayrılmasından sonraki durum gösterilmiştir. Kaynak çizgileri ortadan kaldırılmıştır...230
Şekil 16.32 Yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelen hava boşluğu gösterilmiştir...231
Şekil 16.33. Şekil 16.8. de ki analiz sonucunda belirtilen hava boşluğunun yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelmiş hava boşluğu ile karşılaştırılması gösterilmiştir.231 Şekil 16.34. Hava boşluğunun oluştuğu bölgedeki erkek çelik gösterilmiştir. ...232 Şekil 16.35. Hava boşluğunun ortadan kaldırılması için erkek çeliğe uygulanmış lokma izleri
Şekil 16.38. Federin olduğu bölgedeki plastik et kalınlığının artışı gösterilmiştir. ...234
Şekil 16.39. Yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelen çöküntüler gösterilmiştir...235
Şekil 16.40. Şekil 16.14. de ki analiz sonucunda belirtilen çökmelerin yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelmiş çöküntüler ile karşılaştırılması gösterilmiştir...235
Şekil 16.41. Yüzey işlemlerinin yapılmadan önceki enjeksiyon baskısı gösterilmiştir. Yüzey parlatılmıştır. ...236
Şekil 16.42. Yüzey işlemleri yapıldıktan sonra enjeksiyon baskısı gösterilmiştir. Resimde mat olarak görünen yüzeye 3 mikron derinliğinde yüzey kumlama işlemi yapılmıştır. ...236
Şekil 16.43 Yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelen çarpılma gösterilmiştir. ...237
Şekil 16.44. Şekil 16.24. de ki analiz sonucunda belirtilen çarpılmaların yapılan enjeksiyon baskısında meydana gelmiş çarpılmalar ile karşılaştırılması gösterilmiştir....238
Şekil 16.45. Parçada oluşan kaynak çizgisi gösterilmiştir...238
Şekil 16.46. Parçanın görünmeyen (kozmetik olmayan) alt kısmı gösterilmiştir. ...239
Şekil 16.47. Parçada oluşan kaynak çizgisini önlemek amacıyla erkek çeliğe kaynak yapılarak malzemenin akışı yönlendirilmeye çalışılmıştır. ...239
Şekil 16.49. Parçanın görünür yüzeyindeki hare oluşumu gösterilmiştir. ...240
Şekil 16.50. Parçanın alt kısmındaki yolluk girişi gösterilmiştir. ...241
Şekil 16.51. Parçanın muz yolluğu gösterilmiştir. ...241
Şekil 16.52. Parçanın üst yüzeyinin hare oluşumunu gizlemek üzere boyanmış hali gösterilmiştir. ...242
Şekil 16.53. b) Parçanın ilk hali a) Parçanın son hali gösterilmiştir. ...243
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa Çizelge 2.1. Farklı çekme miktarlarının yüzde çekme miktarları. (Shoemaker, 2006) ... 3 Çizelge 3.1 Plastik malzemeler için malzemenin viskozite değerlerinden elde edilen
havalandırma kanal derinlikleri gösterilmiştir. (Osswald ve Gramann, 2007) . 16 Çizelge 11.1 Plastik kalıp çeliklerinde alaşım elementlerinin oranı ve etkisi gösterilmiştir.
(Olmsted ve Davis, 2001)...104 Çizelge 13.1 Bazı malzemelerin viskozite değerleri gösterilmiştir. (Harper,2006)...110 Çizelge 14.1 Plastik malzemelerin kaynak usullerine göre kabiliyetleri belirtilmiştir. (Malloy,
1994)...142
KISALTMA LİSESİ
PE-LD – LDPE Polietilen Düşük yoğunluk PS Polistiren
PP Polipropilen PA Poliamid PC Polikarbonat
ABS Akrilonitril bütadien stiren CPC Kalıp boşluğu basıncı
VPT Hızdan basınca geçiş noktası
Dye Çözünerek boyama etkisi yapan maddeler PVC Polivinil klorür
POM Polioksimetilen
ÖNSÖZ
Yüksek lisans tezimin seçiminde ve hazırlanmasında değerli bilgi ve önerileriyle çalışmalarıma yön veren saygıdeğer hocam Yrd.Doç.Dr. Muharrem BOGOÇLU ‘ya teşekkürlerimi borç bilirim.
Okul hayatım boyunca beni destekleyen sevgili aileme de sonsuz teşekkürler sunarım.
Mayıs 2008
Mak.Müh. Emre ÇELİKKOL
ÖZET
Son yıllarda dünyada plastik üretim ve tüketimi 200 milyon tona ulaşmıştır. Bu büyük artışla birlikte plastik ürün tasarım, kalıp imalat ve plastik enjeksiyon mühendislerinin sorumluğu giderek artmaktadır. Bu sorumluluk ve rekabetin en kritik rolünü plastik ürünlerde meydana gelebilecek hataların önceden tespit edilip gerekli önlemlerin tasarım aşamasında alınması oluşturmaktadır.
Bu çalışmanın literatür kısmında; tasarım mühendislerinin plastik ürün tasarımında dikkat etmesi gereken noktalar, kalıp tasarım kriterleri ve plastik enjeksiyon prosesinin temelini oluşturan bilgiler yer almaktadır.
Deneysel çalışmalarda; uydu alıcısının üst kapağı olarak tasarlanmış olan plastik parçanın Moldflow programıyla plastik akış analizi yapılmış ve sonuçlar irdelenmiştir. Bu analiz sonuçları neticesinde belirlenen hatalar ile gerçekte elde edilen parça üzerindeki hatalar karşılaştırılmış ve tüm değerlerde ortalama olarak % 70-80 başarı elde edildiği görülmüştür.
Tasarımdan, kalıp imalatından ve enjeksiyon prosesinden kaynaklanan hataların bulunduğu plastik parçlarda hata analizi yapılmıştır. Bu hatların nedenleri literatür kısmında irdelenmiş ve bu hataların giderilmesi için çözüm önerileri sunulmuştur. Yapılan iyileştimelerin parça üzerindeki etkileri görülmüştür.
Sonuç olarak bir plastik parçanın imalatı öncesinde Moldflow akış analiz sonuçlarının dikkate alınması; yapılacak hataların en aza indirilmesini ve buna bağlı olarak maliyet ve süre avantajına önemli ölçüde katkı sağladığı görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Plastik ürün tasarımı, Moldflow akış analizi, kalıp tasarım ve imalatı, enjeksiyon prosesi
ABSTRACT
In recent years, production and consumption of plastics achieved 200 million ton in the world.
According to these improvements, responsibilities of plastic product designer engineers, mold production and plastic injection engineer gradually increases. Therefore, determination of the plastic product defects and precautions during design stage formed as the critical part of both responsibilities and competition.
Literature part of this study contains important points of plastic product design, criteria’s of mold production and basic developments of plastic injection process.
In experimental part; flow analyzed of a plastic component as the top cover part for satellite receiver was made by using Moldflow program. The analyze results were compared with real results and the success was achieved as averagely % 70-80 in all values.
Moreover, certain defects in plastic item, which caused from design, mold production or injection process, were determined. The reasons of these defects were examined in literature part and the solution suggestions were proposed. Furthermore, results of these improvements on product were seen.
As a result, considering of Moldflow flows analyze results before production step provides cost benefit from regarded to achievement of design, mold and injection processes.
Key words: Design of plastic products, Moldflow flow analyze, mold design and production injection process.
1. GİRİŞ
Günümüzde plastikler, sanayide oldukça önemli bir konuma gelmişlerdir. Artık plastikler gıdaların paketlenmesinden, ulaşıma kadar hemen hemen her sahada başarıyla kullanılmaktadır . 1994 yılı itibariyle polimer maddeleri yıllık tüketimi tüm dünya ülkeleri için 150 milyon ton/yıl dan fazladır.Ülkemizde tüketim yaklaşık olarak bu miktarın yüzde biri kadardır. Bu miktarın 2000 li yıllarda dünya için 200 milyon tonu aşması beklenmektedir ve bunun yanında polimer uygulama alanları giderek çeşitlenmektedir.
Plastik üretim ve tüketiminin ve bununla birlikte rekabet ortamının giderek artması plastik imalat prosesini tek başlarına uzmanlık gerektiren 3 ana prosese ayırmıştır. Bunlar şöyle sıralanabilir.
1) Plastik ürün tasarımı 2) Kalıp Tasarım ve İmalatı 3) Plastik enjeksiyon prosesi
Bu belirtilen proseslerde yukarı doğru gidildikçe yapılan hatalar daha maliyetli olmaya başlar.
Bir ürün tasarım mühendisleri tarafından tasarlanır, bu tasarımın finalize edilmesinden önce, kalıp mühendisleri kalıbın sağlıklı çalışmasıyla ve parçanın kalıplanabilme yeteneğiyle ilgili endişelerini, enjeksiyon mühendisleri ise enjeksiyon şartlarını ve bu şartların parça üzerindeki etkileriyle ilgili görüşlerini bildirirler. Tasarım mühendisleri enjeksiyon ve kalıp imalat mühendsilerinden gelen bu endişeleri tasarımın elverdiği ölçüde parçaya yansıtarak hataları önlemeye ve maliyeti indirmeye çalışır. Fakat bu yapılan toplantılar tasarım mühendislerinin kalıp imalat ve plastik üretim proseslerine hakim olmaması ölçüsünde sık tekrarlanır ve bu tekrarlar imalat süreçlerinin uzamasına ve maliyet artışlarına sebep olur.
Tasarım mühendislerinin tasarım sürecinin hızlı ve hatasız olması için kalıp ve enjeksiyon proseslerine oldukça hakim olmaları gerekmektedir. Çarpıcı bir örnek vermek gerekirse
Japonya’da herhangi bir fabrikada tasarım mühendisi olabilmek için en az 3 er sene o fabrikanın ilgili bölümlerinde çalışmış olma şartı istenmektedir, bu da tasarımın ne kadar bilgi ve deneyim gerektirdiğinin bir göstergesidir.
Bu çalışmalarda;
Tasarım mühendislerinin tasarımı sonlandırmadan önce kalıp ve enjeksiyon prosesinden kaynaklanacak sorunları önceden görerek önlem alması ve sürecin uzamasından kaynaklanan maliyeti minimumda tutması amacıyla yapılan Moldflow analiz sonuçlarının gerçek sonuçlarla karşılaştırılması yapılmıştır.
Plastik parçalarda görülen hatalar belirlenerek bu hataların ortadan kaldırılması veya etkisinin azaltılması için yapılan çalışmalar ve öneriler vurgulanmıştır.
2. ÜRÜN VE KALIP
Kalıp boşluğu kalıbın bir parçası olup, enjeksiyon ünitesinden gelen erimiş plastiği direk yolluğa alıp istenilen kalıp şeklinde soğutarak plastik parça üretir. Kalıp boşluğu dizaynıyla, belirli bir ürün yapımında bazı faktörleri göz önünde bulundurulmalıdır. Bu faktörler; kalıp boşluğunun kolay doldurması, basılan parçanın iç gerilimsiz olması, plastik soğuma esnasında çeker ve plastik parçanın açılan kalıptan atılabilir olmasıdır. Kalıp tasarımcıları kalıp dizayn ederken, bu faktörleri göz önüne alıp bu konuyla ilgili sınırlayıcı faktörleri belirlemelidir.
2.1. Kalıpta Çekme
Bütün malzemeler soğuması esnasında çekerler. Plastiğin erime sıcaklığından kalıp sıcaklığına soğumasına kalıp çekmesi adı verilir. Plastikteki çekmenin ana nedeni plastiğin termal genişleme miktarına bağlıdır. Bu genleşme katsayısı ile ölçülür. Plastik malzemenin termal genleşme katsayısı metallerle karşılaştırıldığında yüksektir (Çizelge 2.1).
Çizelge 2.1. Farklı çekme miktarlarının yüzde çekme miktarları. (Shoemaker, 2006)
Bazı malzemelerde farklı çekme miktarları %
Dökme reçine 0.9-1.3
Katkı maddesi tahta tozundan fenoplast 0.6-0.8
Katkı maddesi kumaş liflerinden tozundan fenoplast 0.3-0.5 Katkı maddesi kağıt kırpıntısından olan fenoplast 0.3-0.6
Katkı maddesi aspest olan fenoplast 0.15-0.3
Reçineler ve selüloz 0.5-0.7
PVC 0.2-0.3
Genel olarak 100 °C sıcaklık artışı veya azalışında ma1zemeye bağlı olarak 0,001 ve 0,02 yüzde genleşme veya çekme görülür. Şekil 2.1’de kalın parçanın soğutulma esnasında çekme davranışı yer almaktadır.Kristalleşen termoplastikler, kristalleşme oranına göre ilave bir çekmeye maruz kalırlar, bu kristalleşme ve çekme oranı soğuma hızına bağlıdır. Örneğin, polietilen hızı
soğutulduğunda çok zor kristalleşir fakat yavaş soğutma ile %50’ye kadar kristalleşme sağ- lanabilir. İçindeki katkılar soğuma esnasında dahili basıncın kalmasını sağlar.
Şekil 2.1 Kalın parçanın soğutulması esnasında çekmenin gösterilişi a) Soğutma sonrası çökme, b) Soğutma sonrası boşluk görüntüsü.
Malzeme kalıp içersindeki akışı sırasında plastiğin akışına bağlı olarak çekme miktarlarında farklılık gösterir. dik yönde çekmeler gösterir.(Şekil 2.2.)
Şekil 2.2. Malzemenin kalıp içerisindeki akış yönüne bağlı olarak çekme miktarı gösterilmektedir. (Shoemaker, 2006)
çıkar. Ürün çok az hücresel yapıya sahiptir. Nitrojen gazına alternatif olarak enjeksiyon tekniği kalıp bölümlerinin ortasından gaz tüneli sağlayarak bu boşluğu sağlar. Bu ikinci tekniğin avantajı, birinci teknikle üretilen gazın yüzeye doğru kaçarak yüzey bozukluğu gibi hataların olmamasıdır. Sertleşebilen plastiklerde çekme, sertlikle ters orantılı olarak değişir. Fenolik plastik maddelerindeki çekme payı miktarı 25 mm boyda 0.025-0.375 mm arasında değişir.
Termoplastiklerdeki maddelerden polietilenin 25 mm boydaki en büyük çekme payı miktarı 1.25 mm,naylonda 1 mm'dir.
2.2. Dahili Gerilim ve Eğilme
Kalın kısımlı parça üretildiği zaman sıcaklıklardaki ani değişim,farklı soğumalardan dolayı termal olarak oluşturulmuş dahili gerilim oluşturur. Eğer bu oluşan iç gerilim, belirlenen stres seviyesinden yüksekse parçada yamulma oluşur. Üretim esnasında oluşan termal iç gerilim, üretim esnasında veya üretimden sonra parçanın yavaş soğuması işlemiyle azaltılabilir. Dahili stres ayrıca akma yönünde oluşan molekül yönlenmesiyle akma yönünde olur. İzotropik olmayan yapı iki sebepten ortaya çıkar. Molekül yönlenmesi ve fiber gibi katkı maddelerinin yönlenmesiyle oluşur. Molekül yönlenmesi, erimiş polimer akışında moleküllerin gelişigüzel şeklinde uzatılmış şekle zorlanarak gelmesiyle oluşur. Moleküllerdeki uzama oranı polimerin özelliğine ve uygulanan yüzeysel kuvvetlere bağlıdır. Yüzeysel kuvvetler yolluk boyutuna bağlıdır. Yolluk boyutu küçüldükçe artar. Enjeksiyon baskıda genel akma oranı değerleri 1000- 5000 1/sn’ dir. Bu moleküllerin şekillerin uzaması dikkate değer miktardadır. Yolluk girişinden, kalıp boşluğuna giren uzatılmış moleküller eski, gelişigüzel hallerine dönme eğilimindedir.Eğer bu oluşursa ürün izotropik yapıdadır. Pratikte bu durum aşağıdaki nedenlerden dolayı tam olarak oluşmaz.
- Soğuma esnasında polimer zincirinin hareket kabiliyetini kaybetmesi.
- Kalıp boşluğuna devamlı plastik akışının olması sonuç olarak, genelde akma yönünde moleküller yönlendiği şekilde soğuyarak donar.
Bu işlemdeki molekül oryantasyonu, film üretimindekinden azdır. Bu film üretiminde molekül yönlenmesi istenilerek verilmiştir. Molekülün yönlenerek soğuması ürün içerisinde iç gerilim oluşturur, bu da ürünü zayıflatır ve düşük bir kuvvet uygulanmasında ürünün kırılmasına sebep olur. Ufak bir çatlak, plastiğin akma yönünde kolayca büyür. Bununla beraber akma yönünde sertlik artar. Ayrıca yönlenmiş molekül soğuması boyutsal dengesizliğe sebep olabilir. Isı uygulandığında donmuş moleküller eski haline gelirler. Bu da parçada eğilmeye ve bozulmaya
sebep olur. Moleküllerdeki izotropik olmayan yapı geniş yolluk kullanılarak düşük akma oranı ve yavaş soğutmayla en aza indirilebilir. Parçada çok ince kısım olmaması sağlanmalıdır. Cam fiberler 0.3-05 mm uzunluğunda polimerle birlikte kuvvetlendirici takviye maddesi olarak kullanılır, polimer zincirleri ile aynı yönde yönleneceklerinden izotropik olmayan yapı oluştururlar. Mineral tozlar asbest oranı düşük olduğundan fiberler kadar, izotropik olmayan yapı oluşturmazlar.
2.3. Parça Kalınlığı
Parça kalınlığında bazı faktörlerin hesaba katılması gerekir. Parçanın belli bölgelerin mekanik ihtiyacı parça kalınlığının belirlenmesinde baz oluşturur. Parçada kalın kısım soğuma etkinliğinden dolayı engellenmelidir. Soğutma süresi üretim oranını sınırlarken, çökmeyi, parçada eğilmeyi engellemek için kalın kısmı olmamalıdır. Şekil 2.3’de malzemenin, parçanın her yerini homojen şekilde doldurması için parçanın gerekli yerlerine et kalınlığı ilavesi yapılmasına örnek gösterilmektedir.
Şekil 2.3. Malzemenin, kalıbın homojen şekilde doldurması için parçaya et kalınlığı ilavesi yapılacak yerlerin görüntüsü. [2]
Erimiş plastiğin kalıp boşluğunu doldurmayacağından ince kısımlar da olmamalıdır. Ekonomik faktörlerde parçanın kalınlığını belirleyen unsurdur. Eğer parça çok ince yapıldıysa mekanik
Şekil 2.4’de Feder dizayn gösterilişi.
Malzeme akma karakteristikleri plastikten plastiğe değişir. Parça kalınlığı mümkünse parçanın her tarafında sabit olmalıdır, değil ise parçanın kalın kısmından ince kısmına bağlantısı eğimli olmalıdır. Bu olmazsa burada plastik akması ve farklı soğuma oranından dolayı stres oluşur.
Genel olarak, kalın ve ince kısımlar arasındaki oran 3/1 den büyük olmamalıdır. Parça doldurma, parçanın kalın tarafından ince tarafına doğru olmalıdır. Kalın bölümler için akma uzunluğunda bazı sınırlamalar olur. Çünkü plastik akarken soğumaya başlar. Soğurken akma direnci artar.
Sonuç olarak soğuyup sertleşir ve parçanın tamamen dolmasına engel olabilir. Erimiş plastik akma uzunluğu parça kalınlığına, kullanılan plastik çeşidine (kolay akan- zor akan) bağlıdır, kalıplamaşartlarınadabağlıdır Şekil 2.5 de malzemenin akış esnasında geçtiği dar kesitte katılaşması ve parçanın diğer taraflarını doldurmada zorluk çekmesi gösterilmiştir.
Şekil 2.5 de malzemenin akış esnasında geçtiği dar kesit gösterilmiştir.
2.4. Parça Eğimi ve Eğim Açısı
Parça dizayn edilirken kalıp ayırım çizgisine dik olan bütün yüzeyler, parçanın kalıptan atılabilmesi için eğimlendirilmelidir. Bu eğim açısı kullanılan malzemenin, parça şekline, eğim açısına bağlıdır. En az eğim açısı 0,5° - 1,5° - 3° normal eğim açısıdır. Termoplastik soğurken kalıp erkek kısmına doğru çeker. Baskının parçanın itilmeden önce erkek kısmı üzerinde kalması için dahili ve harici yüzeyler için düzgün eğim açısı seçimi gereklidir. Şekil 2.6.a) da Parçaya kalıp çıkma açısı verilmediği takdirde b) Parçaya kalıp çıkma açısı verildiği takdirde kalıptan çıkış kolaylığı görüntüsü yer almaktadır.
Şekil 2.6.a) da Parçaya kalıp çıkma açısı verilmediği takdirde b) Parçaya kalıp çıkma açısı verildiği takdirde kalıptan çıkış kolaylığı görüntüsü yer almaktadır. (Shoemaker, 2006)
Örmek olarak parça erkek lokma üzerinde kalması isteniyor ise eğim açısı kalıp boşluğunda dişiden az olmalıdır. Federler için eğim açısı en az 5 derece olmalıdır. Parça köşeleri yuvarlatılarak erimiş plastik mümkün olduğu kadar engelsiz uzun akması sağlanmalıdır.
2.5. Kaburga/Feder ( Rib)
Malzemeyi kuvvetlendirmek için, parça duvarlarında kaburga kullanılır. Federlerin kullanılması, stres konsantrasyonu ve çekmeye sebep olabilir. Bundan dolayı federin parçaya en yakın olan kısmı, parça kalınlığının 1/3 ile 1/2'si arasında olmalıdır. Feder yatay olarak desteklenmediyse
olmalıdır. Büyük tek feder yerine,birden fazla küçük feder tercih edilmelidir. Parça duvarındaki federler, yükseklik ve genişlikolarak aynı olması gerekmez. Köşeleri bağlayıcı federlerde en az 0,2mm radyüs olmalıdır.( Şekil 2.7)
a) b)
Şekil 2.7. Malzemede bulunan riblerde parçanın enjeksiyonu esnasında yolluk yerine göre doldurma probleminin yaşandığı vurgulanmıştır. a) Yolluk federe paralel b) Yolluk federe dik [2]
2.6. Boslar (Bosses)
Parçanın içine takılmış pimleri desteklemek için kullanılır. Parça içine vidalama yapmak içinde kullanılır. Çökmeyi engellemek için keskin köşeli olmamalıdır. Kalınlıklar duvar kalınlığının 3/4'ünden az olmamalıdır. Yuvarlak şekil dışındaki boslar mümkün olduğunca kullanılmamalıdır.
Birinci sebebi, stres oluşmasına engel olmak İkinci sebebi, kalıp maliyetini
azaltmaktır. Parçanın genel kuvveti üzerinde federin pozisyonu önemlidir. Parçanın köşelerinde veya duvar kenarlarında olur. Parça içine metal konulacaksa, farklı dizayn edilmelidir. Metal parçada keskin köşe olmamalıdır. Tavsiye edilen iç çap,vida adım aralığı olmalıdır. Federin dış çapı, vida çapının 2.5 katı olmalıdır. Aynı zamanda buraya havalandırma takılmak suretiyle kalıp boşluğunun tam dolması halindeki yanma izlerine engel olunur. Şekil 2.8. Plastiklerde kullanılan boss örneği gösterilmiştir.
Şekil 2.8. Plastiklerde kullanılan boss örneği gösterilmiştir.
2.7. Kaynak İzi (Weld Line)
Akan iki plastiğin, ön kısmının birleştiği yerde oluşur. Bu oluşum parçanın zayıflamasına sebep olur. Kaynak izi, genellikle parça yüzeyinde iz bırakır. İki sebebi vardır. Birden fazla yollukla doldurma, plastiğin pimlerin çevresinden dolaşması. Büyük ve karmaşık kalıplarda çoklu yolluk kullanmak gerekir. Kaynak izi giderilemez, ancak etkisi en aza indirilebilir. Şekil 2.8. Plastik malzemenin kalıp içersindeki akışı esnasında oluşan donmuş tabaka ve akış bölgesi gösterilmiştir. Şekil 2.9. a) Malzemenin akışı esnasında kaynak izinin oluşumu gösterilmiştir.
(renkler malzemenin akışı esnasında giderek soğumasını göstermektedir) b) Malzemenin akışı sırasında koyu mavi ile gösterilen donmuş tabakanın sıcak birleşememesi sonucu kaynak çizgisi oluşumu gösterilmiştir.
Şekil 2.8. Plastik malzemenin kalıp içersindeki akışı esnasında oluşan donmuş tabaka ve akış bölgesi gösterilmiştir.
a)
b)
Şekil 2.9 a) Malzemenin akış diyagramında kaynak çizgisi oluşumu gösterilmektedir. b) Malzemenin akışı esnasında donmuş tabakanın birleştirilmesi gösterilmiştir. [2]
2.8. Hava Boşlukları (Air Traps)
Malzemenin kalıbı doldurması sırasında kalıptaki havanın tahliye edilmesi gerekmektedir.
Enjeksiyon sırasında bu hava dişi ve erkek kalıbın ayrım hattından dışarı atılır. Fakat farklı yönlerden gelen malzemeler buluşma noktalarında önlerine aldıkları havayı plastik parça içinde hapsederler ve o bölgede havadan kaynaklanan boşluk yada plastiğin sıcaklık ve basınç etkisiyle boşluktaki sıkışan havayı kullanarak yanmasından ötürü is oluşumu yani plastiğin o bölgesinin siyahlaşması gözlenir. Şekil 2.10. Analiz sonuçlarıyla malzemenin akış esnasında hava boşluk oluşumu gösterilmektedir.
Şekil 2.10. Analiz sonuçlarıyla malzemenin akış esnasında hava boşluk oluşumu gösterilmektedir. (Shoemaker, 2006)
2.9. Yüzeysel İşlemler
Plastik parçada aranan yüzeysel özellikler, kalıp yüzeyine yapılması gereken işlemleri belirler.
Çok parlak yüzeyli ürün elde etmek için, kalıp yüksek kaliteli nikel krom çeliğinden veya çok parlatılabilir krom yüzeyli çeliklerden üretilmelidir. Bu çeşit kalıpların üretilmesi
uzun süreli parlatma işleminden dolayı çok pahalıdır. Ve bunun yapılmasında da boyutsal dengeli olması da dikkat edilmesi gereken husustur. Bazı durumlarda kumlu yüzey aranan
bir özellik olabilir. Bu belirli bir yüzey elde etmek için kullanılır veya baskıdan oluşan problemleri gizlemek için kumlu yüzey kullanılabilir. Örneğin, kaynak izi, cam fiberli plastikten yapılmış parçalardaki hatayı gizlemek için kalıp yüzeyinin istenilen şekilde kumlamayarak üretimi maliyeti arttırır, fakat bu maliyet artışı basit kumlama şekli kullanılarak azaltılabilir.
3. KALIP TASARIM KRİTERLERİ
Temel kalıp tipi ve parçaları, şekil ve boyut olarak çok çeşitlilik gösterir. Bunların bazıları
aynı isimlere sahiptir, bu karışıklığa sebep olabilir. Bu bölüm çeşitli münferit kalıp parçalarının listesini ve bunların fonksiyonlarını açıklar.
3.1. Kalıp Terminolojisi
3.1.1. Kalıp Göz Sayısı
Kalıp boşluğu, kalıbın içinde erimiş plastiğin gönderildiği ve soğutulduğu kısımdır. Kalıp bir boşluk ihtiva ettiğinde buna tek gözlü, birden fazla boşluk ihtiva ettiğinde çok gözlü denir. Kalıp boyutu genellikle içindeki boşluk sayısı ile ifade edilir. Kalıp boşluğu, kalıbın kapanması esnasında kalıbın erkek ve dişi kısmının oluşturduğu boşluktur Şekil 3.1 de Temel kalıp bölümleri gösterilmiştir.
3.1.2. Erkek Kalıp
Kalıbın erkek kısmı, kalıbın iç kısmını oluşturur. Bu şekilde kalıp boşluğunun oluşmasını da sağlar. Kalıp erkek kısmının bulunduğu kalıp yarımına, erkek plaka veya kalıbın erkek kısmı denir. Erimiş polimerin soğuması esnasında, çekme karakteristiğinden dolayı soğuyan baskı, kalıbın erkek kısmı üzerine çekilir, kalıbın dişi kısmından ayrılır. Bu çekme karakteristikleri kalıbın içinden parçanın atılması için iticilerin, bu kısımda yerleştirilmesine sebep olur. İtici sistemi makinanın hareketli plakasının arkasına yerleştirildiği için genellikle kalıbın erkek kısmı makinanın hareketli plakasının olduğu tarafa takılır.
3.1.3. Kalıp Boşluğu
Baskının dış yüzeyini belirler. Erkek kısmı gibi,tek plaka üzerine yerleştirilir. Yerleştirildiği plakaya da, kalıbın dişi plakası denir. Kalıbın dişi plakası, genellikle makinanın hareketsiz plakası üzerine monte edilir. Kalıp besleme sistemi genellikle kalıbın dişi kısmının üzerine
yerleştirilir. Çünkü makinanın enjeksiyon ünitesi bu taraftadır. Kalıp tasarımcıları itici sistemini erkek kalıba, besleme sistemini de dişi kalıp yarımına koyarlar.
3.1.4. Kalıbın Ayırım Çizgisini Belirleme
Kalıp erkek ve dişi yüzeylerinin, kalıp kapanması esnasında oluşan çizgiye denir. Şekil 3 . 2'de kalıp ayırım çizgisine örnekler verilmiştir.
a- Ayırım çizgisi, parçanın dışarı kolayca atılmasını sağlamak için aynı hat üzerinde kurulmamıştır.
b- Kalıp ayırım çizgisi, parçanın yan tarafına alınarak kalıp dizaynı basitleşmiştir. Kalıp yapım maliyeti, yan taraftan erkek kalıp parçası çekilmek suretiyle düşürülmüştür.
c- Kalıp ayırım çizgisi parçanın ön yüzünden ayrılmış, bununla çapak gizlenmek istenmiştir Kalıp içinde basılmış parçanın pozisyonu, erkek ve dişi kalıp boşluklarının birleşiminin karmaşıklığı ile belirlenir. Kalıp tasarımcıları kalıptaki karmaşıklığı azaltmak, basılmış parçanın kolayca dışarı atılmasını sağlamak için kalıp ayırım çizgisini basit1eştirmişlerdir.
a- Kalıp ayırım çizgisi parçanın dışarı atılması için ayarlanmıştır.
b- Ayırım çizgisi parça kenarına çekilerek kalıp maliyeti azaltılmış parçanın dışarı atılması kolaylaştırılmıştır.
c- Ayırım çizgisi parçanın önünden uzaklaştırılıp çapak izi gizlenmiştir.
Şekil 3.2 Kalıp ayırım çizgisine örnekler; gösterilmektedir. (Osswald ve Gramann, 2007) 3.1.5. Havalandırma
Kalıbın çalışması esnasında kalıp dolma sürecinde, kalıp içine giren erimiş polimer, kalıp içindeki havanın kalıp içinde kalmasına sebep olur. Enjeksiyon kalıplarında aranan yüksek hassaslıktan dolayı, bu yakalanmış hava çoğunlukla kalıp ayırım çizgisinden kaçamaz. Bundan dolayı Şekil 3.3 'deki sığ yarık kalıp yüzeylerini birleştiği kalıp ayırım çizgisine açılarak yakalanan havanın, kalıp dolması esnasında kaçmasına imkan sağlar. Bu yarığın derinliği, havanın kaçmasına imkan sağlayacak kadar derin, fakat erimiş polimerin buraya akarak çapak oluşmamasını sağlayacak kadar da az olmalıdır. Bu münferit yarıklara havalandırma denir.
Çizelge 3.1 'de en çok kullanılan polimerler için verilen havalandırma derinlikleri verilmiştir.
Havalandırma derinliği kullanılacak polimerin vizkozitesi ile belirlenir. Çok düşük vizkoziteli erimiş plastik için sığ havalandırma derinliği gerektirir. Akma vizkozitesi yüksekse daha derin olur.
Şekil 3.3 Havalandırma kanal geometrisi gösterilmektedir.
Çizelge 3.1 Plastik malzemeler için malzemenin viskozite değerlerinden elde edilen havalandırma kanal derinlikleri gösterilmiştir. (Osswald ve Gramann, 2007)
3.1.6. İticiler
Kalıp itici sistemi karmaşıklığına ve tasarımına göre çeşitlilik gösterir. İtici sisteminin ana fonksiyonu; kalıp açılması esnasında parçanın dışarı atılmasıdır. Bu itilme esnasında düşen parça, yerçekimi ile makinadan uzaklaşır veya baskı bir şekilde makinadan alınır örneğin robot veya hava ile.Genellikle kalıbın erkek kısmına yerleştirilir. İtici sistemi enjeksiyon makinası tarafından veya kalıp açılması ile harekete geçer.
Çok kullanılan iticilerden bazıları aşağıda tanımlanmıştır.
a- İtici barı(çubuğu): İtici barı, mekanik olarak kalıp itici sistemi ile enjeksiyon makinasına bağlantılıdır. Örneğin, vidalarla veya kalıpla makina arasında bir bağlantı olmadan çarpma ile
b- İtici plaka: İtici bar, itici kuvveti plakanın bir noktasına gönderir. Uygulanan kuvvet, plakaya takılmış değişik parçalara dağıtılır. itici plaka, devamlı darbeye maruz kaldığı için kuvvetli bir yapıya sahip olmalıdır. Eğer plaka, yük altında esner veya eğilirse, kalıp eskimesi oluşur, bu da kalıbın kullanma süresini azaltır.
c- Destekleyici pimler ve paralel bloklar: Kalıp kapanması esnasında, itici plakaların geri gelmesini sağlar. Destek pimleri ilave olarak itici plaka sistemine kılavuzluk yapar. İtici stroku, bu iki parçanın yüksekliği ile belirlenir.
d- İtici pimler ve çubuklar: Şekil 3.1. Bu çeşit parçalar kalıbın erkek kısmı üzerinde sürekli sürtünmeden dolayı eskir. Kalıp parçaları üzerinde olan bu iticiler ve itici bıçakları, standart parça olarak kullanılır. Standardizasyon, kalıp bakım ve imalatını ucuzlatır.
e- Sıyırıcı plakanın kullanımı: Uygulanan enjeksiyon kuvvetinin basılmış parçanın çevresine eşit olarak dağılmasına, sonuç olarak da; pimlerden veya çubuklardan daha etkili bir itme yapılmasını sağlar. Bunlar genellikle ince duvarlı parçalarda, parçaların zarar görmesini engellemek için yapılır.
Sıyırıcı plaka, erkek kalıp plakasının ön kısmına yerleştirilir. Ayrıca erkek lokmanın bir uzantısı olarak da yapılır. Bu sıyırıcı plakanın hareketi, kalıbın ana pimleriyle hareket ettirilir. İtici güç, bu plakaya birkaç yolla uygulanır.
1- Kalıbın açılmasıyla itici plakanın çekilmesi, 2-İtici bar tarafından itilmesiyle çalışır,
3- İtici plakaların itme milleri tarafından, en direk olarak itilmesiyle çalışır.
3.1.7. Arka Plaka
Burada kalıp ayırım çizgisi kalıbın erkek ve dişi kısmının yapılma hassasiyetine bağlıdır.
Sonuç olarak; arka plakanın ayrım çizgisine bağlıdır. Arka plaka genellikle aşağıdaki fonksiyonlar için kullanılır:
a- Her iki kalıp parçasını bir arada tutan bağlantı yeri olarak, b- Kalıbı makina plakasına bağlamak için yer temin etmesi, c- Kalıp yapımında sertliği sağlaması,
d- Bağlantı destek kalıplarının boyutu bir kalıptan diğerine standardize edilir.
3.1.8. Yolluk Burcu
Enjeksiyon ünitesinin kalıbı doldurması için, giriş noktasıdır. Diğer görevi de makina memesi ile burç arasındaki sızıntıyı en aza indirmektir. İçeri eğimli baş kısmına sahiptir. Bu kısım çok iyi parlatılır. Eğimlendirilerek soğumuş yolluk girişinin kalıp açılması esnasında, parçanın makinadan ayrılmasını sağlar. Kalıbın erkek kısmıyla beraber atılmasını sağlar.
3.1.9. Sabitleme Halkası
Dişi kalıp plakasının arkasına açılmış yuvarlak boşluk içine konulan merkezleme halkasıdır. Bu sabitleme halkası hassas bir parçadır. Enjeksiyon ünitesi ile yolluk burcunun aynı merkezde olmasını sağlar. Olmaması halinde kullanımı esnasında memeden polimer sızması olur.
Sabitleme halkası ilave olarak, yolluk burcunun üzerinde yerleştirilebilir. İyi tasarlanmamış sabitleme halkası kullanımı esnasında sızıntıya sebep olur. Buda yolluğun kalıp açılımı esnasında yolluk burcuna yapışmasına sebep olur. Veya daha kötüsü makinanın memesine aynı zamanda yolluk burcuna zarar verir. Sabitleme halkası diğer kalıp parçaları gibi, örneğin yolluk burcu ve pimler gibi standart kalıp parçası olarak değerlendirilmelidir.
3.1.10. Kalıptaki Parçaların Yerleştirilmesi
Kalıptaki parçaların uygun bir şekilde yerleştirilmesi, basılan parçanın hassaslığını ve iyi olmasını garanti eder. Kalıp bölgesi 2 kategoriye ayrılır: Ana bölge ve 2. bölge. Ana bölge genel olarak kalıp pimleri Şekil 3.1 'deki gibi, erkek ve dişi plakanın köşelerine yerleştirilmiştir. İkinci bölge parçada hassaslık istendiği zaman temin edilir. Örneğin, ince baskılı kalıplar.
Burçların eğimi, eğimli burçlar bu işlem için genellikle kullanılır. Veya çaprazlı plakalar kalıbın merkezine yerleştirilir. Bu parçalar kullanımı esnasında eskime gösterir. Bundan dolayı bu parçalara standart kalıp parçaları denir.
3. 2. Kalıp Tipleri
Basılacak parçadan aranılan teknik isteklere göre, enjeksiyon kalıp dizaynı çok çeşitlidir. Bundan
isminden de anlaşılacağı gibi iki veya üç kalıp ayrım çizgilidir. Şekil 3.4 Kalıp dizaynlarına göre kalıp ayrım çizgilerinin pozisyonunu gösterir. İki ve üç plakalı dizaynlarda temel dizaynlara göre çok çeşitlilik gösterir.
Şekil 3.4 Kalıp dizaynına göre kalıp ayırım çizgisinin pozisyonu gösterilmiştir.
(Stoeckhert ve Mennig, 1998)
a- Yolluksuz kalıp: Bunlar genellikle sıcak yolluklu kalıplar için verilen isimdir. Bunların içindeki besleme sisteminde plastik daima erimiş kalır. Yalnızca yolluk girişi, parça dışarı atılmadan önce donar. Şekil 3.5’te sıcak yolluk örneği gösterilmiştir. Resimde Kırmızı olarak belirtilen hammadde olarak tanımlanan plastik malzemedir.
Şekil 3.5 Resimde sıcak yolluk sistemine örnek gösterilmiştir. [2]
b- Parçalı kalıp (Maçalı kalıplar):Bunlarda üretilen parçaların erkek veya dişi kalıp kısmında çıkıntıları vardır. Bunların üretilmeleri esnasında maçaların parça kalıptan dışarı atılmadan önce geri çekilmeleri gerekir
c- Aynı kalıp içinde farklı parçaların üretilmesi: Örneğin model kitleri, mutfakta kullanılan parçalar. Bu tip kalıplar genellikle az sayıda üretim miktarlarında kullanılır. Kalıp maliyetlerini düşürmek için aynı kalıptan birkaç tane parça basılır.
d- Kademeli kalıp: Baskı boşluğu merkez plakanın, her iki plakanın her iki tarafına konmuştur.
Bu genellikle diklemesine enjeksiyon makinalarında kullanılır. Baskı işlemleri için kullanılır.
3.3. Doğru Kalıbın Seçimi
Kalıp tasarımı ve üretim metodu tasarımcılara bildirilen çeşitli faktörlere ve isteklere göre belirlenir. Eğer kalıpla ilgili faktör ve istekler karşılanmazsa kolayca hata yapılabilir. İyi bir kalıp tasarımcısı aşağıdakiler hakkında, mümkün olduğunca fazla bilgi toplamalıdır.
a- Parça; Müşteriden imzaladığı en son teknik çizimi almalıdır. Parça ile ilgili ticari bilgileri toplamalıdır. Örneğin, parça maliyeti, üretim esnasında istenilen gerekli mal miktarı. Bununla her bir baskı zamanı tahmin edilmelidir. Kalıptan beklenen kullanım süresi.
b- Kullanılacak malzeme ile ilgili bilgiler toplanmalıdır. Örneğin; çekmesi ve soğuması ile ilgili bilgiler, reolojik bilgileri, malzemenin termal stabilitesi vb...
4. İKİ PLAKALI KALIP
İki plakalı kalıp, kalıp endüstrisinde en çok kullanılan enjeksiyon kalıbıdır. Kalıp dizayncıları iki plakalı kalıbı, kullanıcıya kolaylık sağladığı için ve basit dizayn edilmesinden, dolayı tercih ederler. Standart kalıp seti kullanıldığı için, bütün bunların dışında en ucuz dizayn edilebilen kalıptır. İki plakalı kalıbın ana dizayn dezavantajları, yolluk giriş pozisyonlarındaki sınırlamalar, klasik besleme sisteminde çoklu kalıplarda kalıp boşluklarını doldurmak için balanslı yolluk sisteminde yeterli alanın olmaması ve yüksek oranda artık malzeme çıkışıdır. Şekil 3.1.1 de iki plakalı kalıbın elemanları gösterilmiştir.
Şekil 4.1. İki plakalı kalıbın elemanları gösterilmiştir. (Stoeckhert ve Mennig, 1998) 4.1. Parça Yapımı
Kalıp dizayn konfigürasyonundaki en basit sistemdir, kısaca erkek ve dişi plakadan ibarettir. Bu iki kalıp parçasının birleştiği yüzeye kalıp ayırım çizgisi denilir. Bunun görevi, kalıp açıldığında parçanın dışarı atılmasını sağlamaktır. Kalıbın erkek kısmı genellikle enjeksiyon makinasının hareketli kısmına takılır; zira buraya itici sistemleri yerleştirilmiştir (genellikle hidrolik itici sistemi vardır). Bundan dolayı, kalıbın itici sistemleri kalıbın erkek tarafına yerleştirilmiştir.
Kalıbın dişi kısmı enjeksiyon makinasının sabit plakasına takılır, buradan da kalıba erimiş plastik enjekte edilir. Soğutma kanalları kalıbın erkek ve dişi kısmına takılmıştır, kalıbın kullanımı
esnasında erkek ve dişi plakayı soğutur. Kalıbın her iki parçasının içine erkek ve dişi kalıp Şekil 4.2. Erkek ve dişi kısmın kalıpta yerleştirilmesine örnekler gösterilmektedir.parçaları çeşitli metotlarla yerleştirilir.
En çok kullanılan iki metot:
a- Kalıp plakası üzerine (erkek ve dişi) parçanın doğrudan işlenmesi (Şekil 4.2 a ).
b- Parçayı iki ayrı lokmaya işleyip, bu lokmaları kalıp plakalarında açılmış boşluklara yerleştirme (Şekil 4.2 b ).
Şekil 4.2. Erkek ve dişi kısmın kalıpta yerleştirilmesine örnekler gösterilmektedir. (Bryce, 1998) Kalıp dizayncıları tarafından kalıp yapım tekniği, çok dikkatli seçilmeli ve aşağıdaki noktalar akılda tutulmalıdır.
a- Erkek ve dişi kalıp yapmanın karmaşıklığı, detaylı ve karmaşık erkek veya dişi kalıp boşluğu kalıp içine gerçekçi bir şekilde yerleştirilemez. Bunun yerine erkek ve dişi kalıp boşluğu lokmaların üzerine işlemek bazı avantajlar sunar. Bunlar kalıbın kolay servis yapılabilmesi, yüksek parça işleme hassaslığıdır.
b- Çıkmış üründe aranılan hassaslık: İyi standartlar ve iyi standartlardaki parça hassaslığını sağlamak için, parça dizaynı parça detaylarını erkek ve dişi kalıp boşluğunda münferit olarak işlemeye imkan sağlamalıdır. Erkek ve dişi lokma kullanmak, kalıp yapımcısına hassas kalıp yapma imkanı sağlar.
c- Kalıp soğutmada aranan özellikler: Lokma şeklinde parçaların kullanımı kalıp yapmada hassaslığı ve parça işleme maliyetini düşürmesine rağmen, kalıp soğutma yönünden problemler çıkar. Bu genelde kalıp soğutma ve lokma çevresindedir. Eğer kalıbın kullanımı esnasında ısının kontrolsüz olarak artmasına müsaade edilirse, basılan parçanın kalitesi ters yönde çekme, parça
d- Kalıp montaj metodu: Kalıp parçalarının hassas bir şekilde montajı kalıp kapama ve kilitlenmesi esnasında kalıbın zarar görmemesi için gereklidir. Eğer kalıp kırılmaya müsait lokma özelliğine sahip ise, kalıp içindeki lokmalar öyle ayarlanmalıdır ki bunların kalıp kullanımından zarar görmesi engellenmelidir. Kalıp koruma özellikleri aşağıdaki şekilde kalıp dizaynına sahiptir.
I) Erkek ve dişi kalıp lokmaları kalıp kapanması esnasında, birbirinin içine girmeden evvel, kalıp burçlarının birbirinin içine girmesi sağlanmalıdır.
II) Bu kalıp ve mil burçlarının eğimleri, kalıp erkek ve dişi lokmalarının eğiminden az olmalıdır.
Bu, kalıp kapanması esnasında ve kalıp kapanmadan hemen önce, yükün bu millerin üzerinde olmasını sağlar.
III) Erkek ve dişi kalıp lokmalarının eğim açıları, mil ve burçların kontak (dokunma) açısından ufak olursa, kalıp kapatma parçaları daha yumuşak ve daha az kırılgan çelikten imal edilmelidir.
IV) Eğer parça dizaynı, kalıp boşluğu eğim açısının maksimum olmasına, özellikle sert polimer basıldığında (örneğin: polikarbonat) müsaade ediyorsa, kalıp içi eğim açısını arttırmak, kalıp açıldığında basılan parçanın kalıp içine yapışmasını azaltır. Kalıp içine parçanın yapışması kalıbın kapanması esnasında kalıbın erkek-dişi kısmına zarar verir.
e- Kalıbın boyutları: Büyük dişi ve erkek kalıp plakası genellikle klasik kalıp işleme makinesinde işlenemeyecek kadar büyüktür (örneğin freze, taşlama vb.) özellikle bu detaylı kalıp işlemede zorluk çıkarır. Eğer pahalı kalıp işleme engellenecekse, lokma takılarak kalıp dizaynı kullanılır veya kalıbın yapılması esnasında çapak oluşumu engellenecekse, lokmalı dizayn kullanılır.
f- Isıl işlemle ilgili: Kalıbın erkek ve dişi kısmı kullanımı esnasında, eskimesini azaltmak için yeterince sert olması için ışıl işleme ihtiyaç duyar. Kural olarak plakalar sertleştirilmez. Bundan dolayı erkek ve dişi kalıpta sertlik aranıyorsa, lokmalı dizayn kullanılır.
g- Kalıp bakımıyla ilgili: Kaliteli kalıbın servisi, çoğunlukla kalıbın üretimde kullanılamaması ve sökülüp takılması nedeniyle pahalı bir uygulamadır. Kalıbın servise uygun ve kalıp bakımının daha kısa sürede olması için aşağıdaki şekilde dizayn edilmelidir.
I) Eskimenin çok olduğu yerlerde, standart kalıp parçalarının kullanımı örneğin, itici pimler ve burçlar, kalıp pimleri ve burçları, kalıp giriş yolluğu (sprue) burcu, standart boyutlu (büyüklükte) ısıtıcılar vb.
II) Çok zor eskiyen, özellikle erkek ve dişi lokmaları kullanmak örneğin: kapanan yüzeylerde.
Yolluk girişlerinin(gate) münferit lokmalara (ayrı) yerleştirilmesi.
